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2-2018

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Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

Antriebe Voice Coil

Antriebe Voice Coil Aktuatoren: Der perfekte Aktuator für anspruchsvolle Medizinanwendungen? Kurz gefasst: Der Begriff “Voice Coil” leitet sich aus der ursprünglichen Anwendung dieser Aktuatoren ab, der Schwingungserzeugung im Lautsprecher. Das führt manchmal zu etwas Verwirrung; aber Entwickler anspruchsvoller mechatronischer Systeme kennen den Voice Coil Aktuator (Tauchspulenmotor) und setzen diesen aufgrund seiner herausragenden Eigenschaften bereits in vielen Anwendungen ein und haben ihn damit zum bevorzugten elektrischen Aktuator in medizintechnischen Geräten mit hohen Regelungsansprüchen gemacht. Voice Coil Aktuatoren bestehen prinzipiell aus zwei Teilen: einer Spule und einem Permanent magneten. Wenn die Spule bestromt wird, entsteht ein Magnetfeld, welches eine Kraft zur Folge hat, die proportional zum Strom ist. Diese Kraft wird im Aktuator in eine extrem kontrollierbare Bewegung umgesetzt. Die Bewegungsrichtung hängt dabei von der Stromrichtung ab, kann also im Gegensatz zu Hubmagneten bidirektional sein. Je nach Design können sich dabei entweder die Spule oder der Magnet bewegen. Die besondere Eignung von Voice Coil Aktuatoren für medizinische Anwendungen leitet sich aus einer Reihe von speziellen Eigenschaften ab, die in der Der Voice Coil Aktuator (Tauchspulenmotor) hat viele herausragende Eigenschaften, die auch für die Medizintechnik wichtig sind. Dazu zählen u. a. sehr gute Steuerbarkeit, hohe Effizienz und Zuverlässigkeit. Medizintechnik wichtige Anforderungen erfüllen – und das alles in einem Aktuator. Zu diesen Eigenschaften gehören: • Gute Steuerbarkeit • Sehr geringe Hysterese • Herausragende Effizienz • Lange Lebensdauer und extreme Zuverlässigkeit • Proportionale und bidirektionale Ansteuerung • Geeignet für sehr hohe und sehr geringe Geschwindigkeiten • Geringes Gewicht für tragbare Geräte Präzise und spielfrei Voice Coil Aktuatoren vereinen die präzise Positioniermöglichkeit mit einer extrem sanften Bewegung und die extrem kleine Hysterese - typischerweise zwei Größenordnungen kleiner als z. B. in proportionalen Hubmagneten. Geeplus hat durch die Verwendung eigens entwickelter Linearkugellager bei Voice Coil Aktuatoren eine Hysterese von gerade einmal 0,02 N erreicht! Da Voice Coil Aktuatoren zugleich auch Direktantriebe sind, können sie mit sehr hoher Beschleunigung und Verzögerung aufwarten, vor allem, wenn die Spule mit ihrem geringen Gewichts der bewegte Teil ist – und das ohne jedes Spiel. Effizient und zuverlässig In medizintechnischen Anwendungen gibt es einen anhaltenden Trend in Richtung Mobilität und Portabilität, was dazu führt, dass die verwendeten Komponenten in solchen Anwendungen heute klein und leicht sein müssen, während die Anforderungen an Effizienz, Zuverlässigkeit und Präzision keine Abstriche erlauben. Dieser Trend wird durch den Einsatz von Voice Coil Aktuatoren und durch die Verfügbarkeit immer kleinerer Voice Coil Aktuatoren, die trotzdem ihre prinzipiellen Eigenschaften beibehalten, unterstützt. Der kleinste aktuell von Geeplus produzierte Voice Coil Aktuator hat in etwa die Größe eines Fingerhuts. Zusammenfassung In Applikationen, in denen ein Versagen des Aktuators zu einer lebensbedrohlichen Situation führen könnte, haben sich Voice Coil Aktuatoren in medizintechnischen Anwendungen als die elektrischen Aktuatoren mit der höchsten Zuverlässigkeit durchgesetzt. Voice Coil Aktuatoren überzeugen durch ihre hervorragende Steuerbarkeit, Effizienz, lange Lebensdauer, große Geschwindigkeitsbandbreite bei gleichzeitig geringer Baugröße und wenig Gewicht. Das macht sie zur ersten Wahl in Anwendungen wie z. B. Ventilen für das Ein- und Ausatmen in Beatmungsgeräten, in denen eine präzise und zuverlässige Dosierung der Luftmenge ohne Sorge um die Zuverlässigkeit des Aktuators extrem wichtig sind. Die herausragenden Eigenschaften von Voice Coil Aktuatoren haben auch ihren Preis, allerdings sind die Vorzüge besonders in Bezug auf Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer und das damit verbundene Vertrauen in die Applikation mehr als eine Rechtfertigung für den etwas höheren Preis in sensiblen medizinische Anwendungen. Geeplus www.geeplus.biz 48 meditronic-journal 2/2018

Sensoren Kapazitiver MEMS Niederdrucksensor mit sehr hoher Überdruckfestigkeit Pewatron präsentiert mit der PPCP3-Serie eine neue Drucksensoren-Generation basierend auf kapazitiver Technologie. Das kapazitive Messprinzip auf MEMS-Basis hat gegenüber dem weit verbreiteten und etablierten piezoresistiven einige wesentliche Vorteile. Tests haben gezeigt, dass die eine Seite der Membrane mit bis 20 bar Überdruck belastet werden kann und dies bei einem Niederdrucksensor mit wenigen mbar Messbereich. Das ist ein bahnbrechender Vorteil zu den herkömmlichen piezoresistiven MEMS Drucksensoren. Die disruptive Technologie zeichnet sich weiter durch einen äußerst geringen Stromverbrauch, eine sehr hohe Auflösung und Genauigkeit aus. Der Sensor-Chip hat zwei Mess- und zwei Referenzkapazitäten. Dieser Aufbau sorgt für eine sehr gute Offset-Stabilität und fast keinen Drift. Im Gegensatz zu den aufwendigen Doppel-Chip-Lösungen auf piezoresistiver Basis, die es auf dem Markt gibt, ist beim PPCP3 alles auf einem Sensor-Die integriert und somit wesentlich preiswerter und einfacher zu produzieren. In Anwendungen wie Touchscreens oder Näherungsschaltern hat sich die kapazitive Technologie bereits durchgesetzt und durch den Einsatz im Consumer- Bereich in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt. Die Zeit ist nun reif für kapazitive MEMS Drucksensoren – durch die technologisch bedingten Vorteile werden diese die Drucksensorik in den nächsten Jahren revolutionieren. Pewatron AG www.pewatron.com Druckstabiler Massenflussmesser für Gas-Mischer-Anwendungen in der Medizintechnik Sensirions neuer Massenflussmesser SFM4200 hat es in sich. Er hat eine hohe Druckstabilität, misst hohe Flussraten und verarbeitet die Signale sehr schnell. Diese Eigenschaften prädestinieren ihn für die Gasmischung in medizinischen Anwendungen. Druckstabil und schnell Sensirion ist einer der führenden Hersteller von innovativen Sensorlösungen, auf dessen Sensoren sich tagtäglich Millionen Menschen verlassen. Dem Innovationsanspruch wurde Sensirion mit dem Launch des digitalen Massenflussmessers SFM4200 erneut gerecht. Er misst Luft, Sauerstoff und andere nicht aggressive Gase mit hoher Genauigkeit, ist im Gegensatz zu seinen Vorgängern druckstabil und kann bis 8 bar betrieben werden. Hinzu kommt, dass der Sensor nicht nur genau, sondern mit einer Signalverarbeitungszeit von 0,5 ms auch sehr schnell misst. Die Druckstabilität ist ideal für Einsätze in hochvolumigen medizinischen Applikationen, wie z. B. Sauerstoff Gas- Mischer für Beatmungsgeräte, bei denen der Sensor auf der Hochdruck-Seite eingebaut wird. Ein herauszuhebendes Merkmal ist seine erweiterte Flussrate bis 160 slm, die Kunden zusätzliche Applikationen ermöglicht. Mit dem neuen SFM4200 wird Kunden ein flexiblerer Einbau ermöglicht, was neue Spielräume bietet, eigene Geräte oder Designs entscheidend weiterzuentwickeln. Vorverarbeitung der Messwerte Der SFM4200 arbeitet mit einer Versorgungsspannung von 5 Volt und verfügt über eine digitale Zwei-Draht I 2 C Schnittstelle. Die Messergebnisse werden intern linearisiert und temperaturkompensiert. Die gute Leistungsfähigkeit dieses Sensors basiert auf Sensirions patentierter CMO- Sens Sensortechnologie, welche das Sensorelement, die Signalverarbeitung und digitale Kalibrierung auf einem einzigen Mikrochip vereint. Die Durchflussrate des Gases wird durch ein thermisches Sensor element gemessen, das eine schnelle Signalverarbeitung und bidirektionale Messung mit hoher Genauigkeit gewährleistet. Die bewährte CMOSens-Technologie eignet sich dadurch für die hochwertige Massenproduktion und ist die ideale Wahl für anspruchsvolle, kostensensible und kundenspezifische Anwendungen. Sensirion AG info@sensirion.com www.sensirion.com meditronic-journal 2/2018 49

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